探索MAX186/MAX188：低功耗8通道12位串行ADC的卓越性能与应用

在电子设计领域，数据采集系统至关重要，而模数转换器（ADC）则是其中的核心组件。Maxim Integrated推出的MAX186/MAX188低功耗8通道12位串行ADC，凭借其出色的性能和丰富的功能，在众多应用场景中脱颖而出。

文件下载：MAX188.pdf

一、产品概述

MAX186/MAX188是12位数据采集系统，集成了8通道多路复用器、高带宽跟踪/保持电路以及串行接口，具备高转换速度和超低功耗的特点。它可以采用单+5V电源或双±5V电源供电，模拟输入可通过软件配置为单极性/双极性以及单端/差分操作模式。其4线串行接口能直接连接SPI、QSPI™和MICROWIRE®设备，无需外部逻辑，还可直接连接TMS320系列数字信号处理器。

二、产品特性亮点

2.1 多通道输入与灵活配置

支持8通道单端或4通道差分输入，可根据实际需求灵活选择输入模式，满足不同应用场景的数据采集要求。

2.2 低功耗设计

工作模式下电流仅为1.5mA，掉电模式下更是低至2µA，有效降低了系统功耗，延长了电池供电设备的续航时间。

2.3 高速采样与内部资源

内部集成跟踪/保持电路，采样率可达133kHz，且MAX186具备内部4.096V参考电压，方便用户使用。

2.4 兼容多种接口

SPI、QSPI、MICROWIRE和TMS320兼容的4线串行接口，使得该ADC能与多种微处理器和数字信号处理器轻松连接，简化了系统设计。

2.5 软件可配置输入

软件可配置单极性或双极性输入，为用户提供了更多的选择和灵活性。

2.6 多种封装形式

提供20引脚PDIP、SO和SSOP封装，其中SSOP封装比8引脚PDIP占用面积小30%，满足不同的空间需求。

三、电气特性分析

3.1 直流精度

分辨率为12位，不同等级的相对精度、差分非线性、偏移误差和增益误差等指标表现出色，确保了高精度的数据采集。

3.2 动态特性

在10kHz正弦波输入、4.096VP - P、133ksps采样率和2.0MHz外部时钟的条件下，SINAD为70dB，THD为 - 80dB，SFDR为80dB，通道间串扰为 - 85dB，展现了良好的动态性能。

3.3 转换速率

转换时间在内部时钟和外部时钟模式下有所不同，分别为5.5 - 10µs，跟踪/保持采集时间为1.5µs，孔径延迟为10ns，孔径抖动小于50ps，保证了快速准确的转换。

3.4 模拟输入与参考

模拟输入电压范围可根据单端和差分模式以及单极性和双极性输入进行配置，内部参考（MAX186）输出电压稳定，外部参考输入也有相应的要求和特性。

四、工作原理与详细描述

4.1 转换技术

采用逐次逼近转换技术和输入跟踪/保持（T/H）电路，将模拟信号转换为12位数字输出。

4.2 伪差分输入

在差分模式下，通过内部切换实现伪差分输入，采样时仅对IN +信号进行采样，IN -需保持稳定。

4.3 跟踪/保持

T/H电路在控制字的特定位时钟输入后进入跟踪和保持模式，其采集时间与输入信号源阻抗有关，当源阻抗较高时，可通过连接输入电容来解决，但会影响ADC的信号带宽。

4.4 输入带宽

ADC的输入跟踪电路具有4.5MHz的小信号带宽，可利用欠采样技术数字化高速瞬态事件和测量高带宽周期性信号，但建议使用抗混叠滤波以避免高频信号混叠。

五、使用方法与操作要点

5.1 启动转换

通过向DIN时钟输入控制字节来启动转换，控制字节的格式包含通道选择、单极性/双极性模式、单端/差分模式以及时钟和掉电模式等信息。

5.2 数字输出

单极性输入模式下输出为直二进制，双极性输入模式下输出为二进制补码，数据以MSB优先格式在SCLK下降沿时钟输出。

5.3 时钟模式

可选择内部时钟或外部时钟模式进行逐次逼近转换，外部时钟模式下时钟不仅用于数据移位，还驱动模数转换步骤；内部时钟模式下ADC内部生成转换时钟，方便微处理器读取转换结果。

5.4 数据帧格式

CS下降沿不会启动转换，第一个逻辑高电平时钟输入到DIN被解释为起始位，转换在控制字节的第8位（PD0位）时钟输入到DIN后的SCLK下降沿开始。

六、应用与注意事项

6.1 应用场景

广泛应用于便携式数据记录、数据采集、高精度过程控制、自动测试、机器人、电池供电仪器和医疗仪器等领域。

6.2 电源上电复位

上电时，若SHDN未拉低，内部上电复位电路将使ADC在内部时钟模式下激活，电源稳定后内部复位时间为100µs，此期间不应进行转换。

6.3 参考缓冲补偿

SHDN引脚可选择内部或外部补偿，影响上电时间和最大转换速度。外部补偿需在VREF使用4.7µF电容，可实现全时钟速度2MHz；内部补偿无需外部电容，但最大时钟速率降至400kHz。

6.4 掉电模式

可通过控制字节的PD1和PD0位选择软件掉电模式，包括全掉电和快速掉电模式；SHDN引脚可实现硬件掉电，将ADC置于全掉电模式。不同掉电模式和补偿方式会影响上电延迟和最大采样率。

6.5 外部和内部参考

MAX186可使用内部或外部参考，MAX188需使用外部参考。内部参考可提供4.096V电压，外部参考可连接到VREF或REFADJ引脚。

6.6 布局与接地

为获得最佳性能，建议使用印刷电路板，将数字和模拟信号线分开，建立单点模拟接地，使用旁路电容降低电源噪声。

七、接口应用示例

7.1 与QSPI接口

可通过特定电路与QSPI实现高速接口，利用QSPI的微序列器对八个通道进行转换，并将结果存储在内存中，减轻CPU负担。

7.2 与TMS320C3x接口

在外部时钟模式下，可通过特定步骤与TMS320C3x接口，实现数据的采集和读取。

MAX186/MAX188低功耗8通道12位串行ADC以其丰富的功能、出色的性能和灵活的配置，为电子工程师在数据采集系统设计中提供了一个优秀的选择。在实际应用中，我们需要根据具体需求合理选择工作模式、参考源和掉电模式等，同时注意布局和接地等问题，以充分发挥其性能优势。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区交流分享。